數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)以及控制論的進(jìn)步推動(dòng)弧焊電源從模擬階段發(fā)展到數(shù)字階段。數(shù)字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規(guī)模集成、方便升級，成為焊機(jī)的發(fā)展方向，推動(dòng)了焊接產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展。針對傳統(tǒng)的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復(fù)雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結(jié)構(gòu)的焊機(jī)主電路實(shí)現(xiàn)方法和基于“MCU+DSP”的數(shù)字化埋弧焊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 本文詳細(xì)介紹了埋弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用，從主電源、控制系統(tǒng)兩個(gè)方面闡述了數(shù)字化逆變電源的發(fā)展歷程，對數(shù)字化交流方波埋弧焊的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入探討，設(shè)計(jì)了雙逆變結(jié)構(gòu)的數(shù)字化焊接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的交流方波輸出。 根據(jù)埋弧焊的電弧特點(diǎn)和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊機(jī)主電路，一次逆變電路選用改進(jìn)的相移諧振軟開關(guān)，二次逆變電路選用半橋拓?fù)湫问剑⒀芯苛藘纱文孀冞^程的原理和控制方式，進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)計(jì)算。根據(jù)主電路電路的設(shè)計(jì)要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅(qū)動(dòng)芯片EXB841作為二次逆變電路的驅(qū)動(dòng)。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機(jī)主控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)焊接電源的控制。其中主控板單片機(jī)ATmega64L主要負(fù)責(zé)送絲機(jī)和行走小車的速度反饋及閉環(huán)PI運(yùn)算、電機(jī)PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護(hù)電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負(fù)責(zé)焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環(huán)PI運(yùn)算以及控制焊接時(shí)序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行焊接參數(shù)和焊接狀態(tài)的給定，預(yù)置和顯示各種焊接參數(shù)，快速檢測焊機(jī)狀態(tài)并加以保護(hù)。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協(xié)議交換數(shù)據(jù)。通過軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的PI調(diào)節(jié)，精確控制了焊接過程，并進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，解決了影響數(shù)字化埋弧焊電源穩(wěn)定運(yùn)行的電磁兼容問題。 系統(tǒng)分析了交流方波參數(shù)的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設(shè)計(jì)的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時(shí)序，并可以有效抑制功率開關(guān)器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數(shù)字化交流方波埋弧焊的控制系統(tǒng)和焊接試驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，分析了系統(tǒng)存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關(guān)鍵詞：埋弧焊；交流方波；數(shù)字化；逆變；軟開關(guān)技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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傳統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行的三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中存在著振蕩和失步等不足之處。本文針對這種情況，通過對理想化三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的分析，把三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)視為一種低速同步電動(dòng)機(jī)。同時(shí)，結(jié)合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅(qū)動(dòng)的工作原理，設(shè)計(jì)了基于數(shù)字信號處理器TMS320F2812的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正弦波細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 首先，本文從三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了研究，分析了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)的工作機(jī)理。然后分析了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性及細(xì)分控制的必要性，進(jìn)而分析了細(xì)分驅(qū)動(dòng)對改善步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的作用，并針對細(xì)分運(yùn)行的一些不足之處，提出了均勻細(xì)分恒轉(zhuǎn)矩控制的方案。理論分析表明，在混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組中通以互差120°的正弦波電流時(shí)，可得到類似同步機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，使電動(dòng)機(jī)均勻旋轉(zhuǎn)。 本系統(tǒng)硬件電路以TMS320F2812為核心，采用正弦波細(xì)分和電流跟蹤型脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分控制，使三相定子繞組電流嚴(yán)格跟蹤電流給定信號變化。應(yīng)用IR公司的IR2130集成驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，節(jié)省了板上空間，減小了裝置體積。同時(shí)從裝置可靠性出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套安全可靠的硬件保護(hù)電路。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正弦波細(xì)分驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)良的控制性能。細(xì)分運(yùn)行時(shí)減弱了混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低速振動(dòng)和噪聲，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，并改善了其低頻運(yùn)行性能。
標(biāo)簽： DSP 三相混合式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-06-27
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永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種先進(jìn)的集電力電子變換器與永磁電機(jī)本體于一體的機(jī)電一體化系統(tǒng),它既具備交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的一系列優(yōu)點(diǎn),又具備直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好的諸多特點(diǎn).正是由于這些原因,自上世紀(jì)末起,逐漸形成永磁無刷直流電機(jī)的研究熱潮.在此背景下,本文以此為課題,對永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了一些理論分析和實(shí)踐應(yīng)用.本文首先在綜合國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析了永磁無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢,提出了目前存在的一些問題.介紹了永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理,推導(dǎo)出永磁無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型.針對永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),本文詳細(xì)分析了各種調(diào)制斬波方式對注入電機(jī)電流以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響,比較分析各種斬波方式下系統(tǒng)運(yùn)行情況,提出一種有利于減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的斬波方式.同時(shí),本文還提出了一種回饋制動(dòng)的方式,進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能,節(jié)約能源.在大型永磁電機(jī)磁極設(shè)計(jì)中,通常采用多塊磁鋼來組成勵(lì)磁磁極.考慮到磁鋼本體的分散性和加工誤差,本文從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā),提出了一種磁鋼優(yōu)化配置方法,保證每個(gè)磁極中各段磁鋼產(chǎn)生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,從電機(jī)本體設(shè)計(jì)角度上提高系統(tǒng)性能.本文在理論分析基礎(chǔ)上,以單片機(jī)和功率智能模塊為硬件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了一套多相永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng).針對理論分析,進(jìn)行了各種方案的比較分析,經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果和仿真分析結(jié)果,進(jìn)一步支持了論證了理論分析正確性和實(shí)用性.同時(shí),對于實(shí)際應(yīng)用中的一些問題,本文也做了一些工作,提出一些分析和改進(jìn).
標(biāo)簽： 多相 無刷 直流電機(jī)控制
上傳時(shí)間： 2013-08-04
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開關(guān)磁阻電機(jī)（SR電機(jī)）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是一種先進(jìn)的機(jī)電一體化裝置，但是其較大的振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機(jī)振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為主題展開理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動(dòng)是SR電機(jī)噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計(jì)算是研究SR電機(jī)振動(dòng)噪聲的基礎(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達(dá)式，定性分析了徑向力與電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)出基于矢量磁勢的電磁力計(jì)算公式。該計(jì)算方法求解電磁力時(shí)只需進(jìn)行一次磁場計(jì)算，不但減小了計(jì)算量，同時(shí)計(jì)算精度較傳統(tǒng)虛位移法高。利用這一計(jì)算方法，求出了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的轉(zhuǎn)矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對在SRD性能仿真時(shí)，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時(shí)，而且對有限元計(jì)算數(shù)據(jù)量要求高的問題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性模型辨識(shí)能力，成功進(jìn)行了SR電機(jī)磁鏈反演和轉(zhuǎn)矩計(jì)算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機(jī)精確解析數(shù)學(xué)模型。因?yàn)镾R電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問題與振動(dòng)噪聲大小有著密切的關(guān)系。本文從噪聲輻射和振動(dòng)幅值角度探討了SR電機(jī)主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數(shù)等角度研究了SR電機(jī)相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)的選擇問題。并對一些常用的降低電機(jī)機(jī)械噪聲的措施和方法進(jìn)行了綜述。系統(tǒng)振動(dòng)特性的研究對于減小振動(dòng)噪聲十分重要。本文從振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，導(dǎo)出了從激振力到振動(dòng)加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的自由振動(dòng)解；然后利用機(jī)電類比法得出了SR電機(jī)定子系統(tǒng)的固有頻率以及振動(dòng)振幅的解析解，定性分析了影響振動(dòng)振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機(jī)三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機(jī)三維有限元模型，分析得出了加強(qiáng)繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過比較實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的模態(tài)分析結(jié)果和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了模態(tài)分析的有效性。仿真是計(jì)算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機(jī)振動(dòng)的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，對SRD系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動(dòng)態(tài)性能仿真以及負(fù)載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉(zhuǎn)矩和效率這兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，對SR電機(jī)的開關(guān)角進(jìn)行了優(yōu)化。最后結(jié)合由磁場有限元計(jì)算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進(jìn)行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機(jī)設(shè)計(jì)階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機(jī)定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機(jī)噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機(jī)減振降噪是必不可少的。本文理論推導(dǎo)出三步換相法的時(shí)間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻(xiàn)的結(jié)論在阻尼比較小時(shí)有更好的減振效果。針對SR電機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)多個(gè)模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開關(guān)角度二次優(yōu)化法和時(shí)間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動(dòng)態(tài)仿真證明這些方案是切實(shí)有效的，達(dá)到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩斬波都使用三步換相法，和在相關(guān)斷時(shí)刻根據(jù)實(shí)際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機(jī)振動(dòng)噪聲，并提出了考慮減振要求的開關(guān)頻率設(shè)計(jì)方法，最終形成了一套完整的降低振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略。設(shè)計(jì)并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機(jī)控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯(lián)電路方案。在控制軟件中實(shí)現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機(jī)振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略。本文最后對實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測量實(shí)驗(yàn)，對比轉(zhuǎn)矩測量值與轉(zhuǎn)矩有限元計(jì)算值，驗(yàn)證了磁場有限元計(jì)算的有效性。然后對實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了空載與負(fù)載、電流控制與轉(zhuǎn)矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，對比各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分證實(shí)了本文所提出的降低振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)了國家十·五863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)：“EQ6110HEV混合動(dòng)力城市公交車用電機(jī)及其控制系統(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項(xiàng)目的資助下完成，并且本文關(guān)于電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機(jī)械降噪措施等的結(jié)論已在該項(xiàng)目的60kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上得到證實(shí)。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機(jī) 減 降噪
上傳時(shí)間： 2013-07-05
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以“混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“電動(dòng)座椅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”作為實(shí)際應(yīng)用背景，分析了兩種不同種類電動(dòng)機(jī)的原理特性和控制方法，闡述了這兩個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)過程，研究了單片機(jī)在這兩個(gè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步挖掘了單片機(jī)在電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。 文中分兩個(gè)部分分別對這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。在混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)部分，介紹了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性和控制方法，建立了仿真模型并對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各主要的運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真研究，著重?cái)⑹隽瞬竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)多步距角控制、斬波恒流控制和升降頻控制等控制功能，以及上位機(jī)控制軟件的實(shí)現(xiàn)過程。電動(dòng)座椅控制系統(tǒng)部分，首先闡述了無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，建立了仿真模型并對先進(jìn)PID控制方法在無刷直流電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了仿真研究，著重闡述了位置記憶功能的實(shí)現(xiàn)過程。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)合理可行，圓滿的完成了既定的開發(fā)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了所有的預(yù)定功能，且運(yùn)行性能良好。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)可以通過上位機(jī)和控制面板分別控制，可以驅(qū)動(dòng)不同種類的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)且具備多種控制功能。電動(dòng)座椅控制系統(tǒng)將無刷直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用到了電動(dòng)座椅領(lǐng)域，且實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)座椅的智能化。這些也正是本文的創(chuàng)新之處。另外，結(jié)構(gòu)化的硬件設(shè)計(jì)方法及模塊化的軟件設(shè)計(jì)法使得系統(tǒng)具有較好的通用性和可擴(kuò)展性。
標(biāo)簽： 單片機(jī) 電機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制
上傳時(shí)間： 2013-05-26
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近年來，隨著人們生活的改善，機(jī)動(dòng)車輛得到迅速發(fā)展，其排放的尾氣己造成城市空氣嚴(yán)重污染，一些城市相繼制定法規(guī)限制摩托車和燃油助力車的使用來保護(hù)環(huán)境。于是發(fā)展綠色交通工具已成為一個(gè)重要的課題。電動(dòng)車具有輕便、無污染、低噪音和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，成為比較理想的交通工具。開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、可靠性高、能在較寬的速度范圍內(nèi)高效運(yùn)行、而且堅(jiān)固耐用，適合于在惡劣條件下應(yīng)用等特點(diǎn)決定了其非常適合于車輛負(fù)載。 本文主要研究四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在兩輪電動(dòng)車中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了以AVR單片機(jī)為主控芯片的電動(dòng)車控制器。1.根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了SR 電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析并確定了開關(guān)磁阻電機(jī)的位置信號檢測方法，制定了該系統(tǒng)使用的控制策略：采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，通過AVR單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)時(shí)器T/C2輸出的PWM斬波調(diào)壓間接地調(diào)節(jié)電流以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.以AVR單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)的各硬件電路，主要有電源轉(zhuǎn)換電路和電壓采樣電路、系統(tǒng)功率電路及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、位置信號檢測電路和電流檢測與保護(hù)電路。3.在硬件電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制軟件，并對電動(dòng)車的剎車、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)和定速巡航等功能加以改善和提高。最后對所開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，通過實(shí)驗(yàn)得到的速度電流波形證實(shí)了該控制器的可行性。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機(jī) 制器設(shè)計(jì) 電動(dòng)車
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)仿真對電力電子電路進(jìn)行分析和研究得到了日益廣泛的重視。盡管目前一些仿真軟件都有比較強(qiáng)大的功能，可以利用它們來完成某些電力電子裝置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和電力電子裝置負(fù)載的復(fù)雜性，使得這些軟件并不能完成對于電力電子裝置所要進(jìn)行的所有分析要求，特別是當(dāng)其被用于電力電子裝置故障運(yùn)行的仿真。針對上述問題，本論文在研究器件建模方法和裝置仿真方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用C++語言開發(fā)了一個(gè)可專門用于電力電子裝置仿真分析的程序。 本課題首先對于各種電力電子器件進(jìn)行建模。在對各種元器件特性深入研究的基礎(chǔ)上利用已知的電路原理和建模方法，抓住各具體電力電子器件的主要特征，建立其電路及邏輯仿真模型。由于本論文中研究的是電力電子裝置作為一個(gè)整體的特性，所以在對器件電路模型的建模過程采用高層次的電路模型，即理想開關(guān)模型和雙極性電阻模型。器件的邏輯模型則是通過皮特里網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)仿真的目的可建立不同精細(xì)程度的邏輯模型。因?yàn)槠骷壿嬆Ｐ偷慕＿^程中采取的逐步細(xì)化的原則與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中自頂而下，逐步求精的思想不謀而合，所以在仿真程序中采用C++語言對所建立的器件模型進(jìn)行描述。 針對電力電子裝置的非線性，病態(tài)特性和其負(fù)載的復(fù)雜性，使用階段仿真的思想進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。確定了仿真程序的總體結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了程序的模塊化設(shè)計(jì)。利用通用的狀態(tài)變化檢測模塊和兼容性檢測模塊在程序中確定電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的精確時(shí)刻，它們獨(dú)立于具體的電路結(jié)構(gòu)。狀態(tài)方程模塊和輸出方程模塊雖然與具體的電路結(jié)構(gòu)相關(guān)，但是亦可將其設(shè)計(jì)為模塊的形式，針對不同的電路結(jié)構(gòu)僅需改變模塊中對于狀態(tài)方程和輸出方程的描述。鑒于數(shù)值計(jì)算方法對于仿真結(jié)果的重要性，本論文中討論了幾種數(shù)值積分方法的特點(diǎn)及適用范圍，并在程序用編寫了幾種常用的算法，以供用戶選擇。通過對于瓦格納斬波器、三相全控整流橋和三相半控整流橋的仿真驗(yàn)證仿真程序的正確性和實(shí)用性。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
上傳用戶：bhqrd30
高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無刷直流電機(jī)是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機(jī)主要問題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無刷直流電機(jī)，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計(jì)算繞組反電勢系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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本課題提出了一套采用直流斬波技術(shù)的永磁無刷直流電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。一方面研制了一種新穎的端電壓邏輯換相控制策略，它通過分析電機(jī)三相繞組端電壓的大小關(guān)系得出控制逆變橋開關(guān)管導(dǎo)通的信號。結(jié)合電機(jī)預(yù)定位起動(dòng)原理，設(shè)計(jì)出的端電壓邏輯信號分析處理電路，有效克服了電機(jī)起動(dòng)的困難，確保電機(jī)的順利起動(dòng)，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到了論證。這種完全用硬件電路來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電子換相，無疑大大降低了控制系統(tǒng)的成本，具有一定的實(shí)用價(jià)值。另一方面采用直流斬波技術(shù)的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，從而大大減小了電流的脈動(dòng)。本文闡述的方法不但適用于一般的三相四線制無刷直流電機(jī)，還適用于三相三線制的電機(jī),從而擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍。 本論文先對無位置傳感器永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；然后分別著重介紹了兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)工作：無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制和采用直流斬波技術(shù)的調(diào)速系統(tǒng)；最后給出了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。 根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的無位置傳感器永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑起動(dòng)、無振動(dòng)和失步現(xiàn)象，具有良好的調(diào)速性能。
標(biāo)簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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汽車從批量生產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)有100多年的歷史，其中，車輛電子化、電動(dòng)化取得了驚人的進(jìn)展，伴隨而來的是汽車用電量的迅速增加。專家預(yù)計(jì)到2010年電氣方面功率會(huì)達(dá)到10kW，電流將會(huì)增加3倍以上，如不增加電流，最有效的方法是盡量提高汽車電源供電電壓。電壓最好能在人體安全電壓范圍(DC60V)以下，42V是一種解決辦法。采用42V電源，可以直接減小導(dǎo)線尺寸和實(shí)現(xiàn)輕量化，從而降低成本。 在新的42V電源系統(tǒng)中，采用42V/14V雙電壓方案，對目前的電氣系統(tǒng)沖擊較小，過渡平緩。本文在綜合國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對42V/14V雙電壓電氣系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展以及現(xiàn)狀進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容如下： 首先，本文分析了汽車電源升壓的原因，介紹了國內(nèi)外的現(xiàn)狀。研究探討新型42V電源系統(tǒng)對汽車蓄電池的影響，介紹了混合動(dòng)力車用蓄電池的特點(diǎn)，比較目前混合動(dòng)力車用幾種蓄電池的方案。因?yàn)?2V/14V雙電壓共存，存在多種直流電壓變換器，本文分析了DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理，設(shè)計(jì)了高頻斬波型和二重軟開關(guān)兩種DC/DC變換器模塊方案。 其次，介紹了混合動(dòng)力汽車42V一體化啟動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)裝置的特點(diǎn)，敘述其工作原理和系統(tǒng)組成。提出了一種基于永磁同步電機(jī)ISG系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在對永磁同步電機(jī)理論研究的基礎(chǔ)上，本文完成了對永磁同步電機(jī)起動(dòng)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。通過對實(shí)驗(yàn)樣機(jī)做起動(dòng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的ISG系統(tǒng)及電機(jī)的硬件驅(qū)動(dòng)的可行性。 最后，汽車電源系統(tǒng)升壓會(huì)產(chǎn)生更高的瞬態(tài)高壓和更強(qiáng)的電磁干擾，本文簡要分析了其產(chǎn)生的原因，闡述了基本的抑制方法。 目前汽車電源系統(tǒng)由14V電源向42V電源發(fā)展已經(jīng)是必然的趨勢。作為過渡階段，對42V/14V雙電壓系統(tǒng)的研究將會(huì)是汽車界最近時(shí)期的一個(gè)重要內(nèi)容。42V汽車電源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將對汽車電器和電子設(shè)備帶來巨大的沖擊，同時(shí)也會(huì)給整個(gè)汽車界帶來新一輪的電氣技術(shù)革命。
標(biāo)簽： 42V 混合動(dòng)力汽車 電源
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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